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高阻隔塑料包裝材料的種類

作者:蘇州恭樂人氣:發表時間:2018-4-7 9:40:29

近年來,我國塑料包裝材料 工業發展迅速,2017年產量 達到385萬噸,預計2018年產量將達到420萬噸左右,年均增長率保持在10%左右,新產品層出不窮。未來市場對塑料包裝材料要求是多樣化、高功能化、高阻隔性。 
目前高阻隔性已成為塑料包裝材料的重要發展方向之一,尤其是在食品、醫藥包裝中,更是越來越強調高阻隔性。 
高阻隔性塑料包裝材料應用與進展 
目前工業化或具有工業化生產前景的阻隔材料主要有PVDC、EVOH、PEN、腈基樹脂、聚酰胺等。 
◆PVDC 
PVDC(聚偏二氯乙烯)的特點是低透過性、阻隔性和耐化學藥品性。我國PVDC是伴隨著火腿腸加工技術引進并得到發展的,2002年國內PVDC產量約為2萬噸,目前已廣泛應用于食品、卷煙、飲料保鮮和隔味,以及化工、醫藥、電子和軍工產業的防潮包裝。我國浙江巨化公司、大連塑料研究所等單位對其合成與加工研究做了大量工作并取得突破。 
單層PVDC薄膜采用雙向拉伸吹塑制取,具有收縮性、阻隔性、阻水性,在微波加熱的條件下不分解,廣泛用于家用保鮮膜;PVDC與聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(HIPS)等合成樹脂多層擠出用于真空奶制品、果醬等包裝,其拉伸性能較好,適于較大容積的包裝;PVDC與PE、聚氯乙烯(PVC)的復合片材適用于易吸潮、易揮發藥品的包裝。目前國內許多科研單位和生產廠家集中研究PVDC與其它樹脂復合層壓薄膜技術及復合薄膜的耐高溫技術。 
由于PVDC是目前唯一被美國FDA認證可以與食品接觸的高阻隔透明材料,因此在許多塑料包裝材料上涂覆PVDC膠乳也成為國際食品包裝業常用的手法之一。PVDC使用于多種基材如PE、PP、PVC、聚酰胺(PA)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)等,以雙向拉伸聚丙烯薄膜為例,涂覆后透氧率降低1000倍,透水率降低3倍;涂覆可以單層或多層,一般單層涂覆為2.5μm即可具備良好的阻隔效果。 
◆EVOH 
EVOH的阻隔性能取決于乙烯的含量,一般來說當乙烯含量增加時候,氣體阻隔性下降,但易于加工。EVOH顯著特點是對氣體具有極好的阻隔性和極好加工性,另外透明性、光澤性、機械強度、伸縮性、耐磨性、耐寒性和表面強度都非常優異。目前國外主要生產商有美國的EVAL公司,日本可樂麗公司、合成化學工業公司,比利時SOLVAY公司等。 
在包裝領域,EVOH制成復合膜中間阻隔層,應用在所有的硬性和軟性包裝中;在食品業中用于無菌包裝、熱罐和蒸煮袋,包裝奶制品、肉類、果汁罐頭和調味品;在非食品方面,用于包裝溶劑、化學藥品、空調結構件、汽油桶內襯、電子元件等。在食品包裝方面,EVOH的塑料容器完全可以替代玻璃和金屬容器,國內多家水產公司出口海鮮就使用PE/EVOH/PA/RVOH/PE五層共擠出膜真空包裝。在加快EVOH復合膜研究同時,國外也在研究EVOH拉伸取向,新型EVOH薄膜對氣體的阻隔性能為現有的高性能的非拉伸EVOH薄膜的3倍。另外EVOH也可以作為阻隔材料涂覆在其他合成樹脂包裝材料上,起到增強阻隔性能效果。 
◆PEN 
PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)的結構與PET相似,不同的是用萘環取代了苯環,但幾乎在各方面都優于PET:其阻隔性約為PET5倍,耐熱性、耐化學藥品性能更好。 
隨著其原料2,6-萘二甲酸合成技術取得突破,國外ICI公司、Shell公司、阿莫科公司、伊士曼公司等著名化工公司進行了生產并加快了應用研究。目前在食品、飲料、藥品、化妝品等方面已獲得應用,如小尺寸碳酸飲料瓶,果汁、礦泉水、牛奶、啤酒瓶,嬰兒食品(可蒸煮消毒)包裝,要求高阻隔、耐輻射和耐化學藥品性的醫藥包裝,要求強度高、耐沖擊、耐化學藥品、高阻隔的工業包裝等。在啤酒、飲料包裝方面,更是彌補了PET和玻璃的缺陷,成為近年來熱點話題。 
西歐一些國家已經開始在市場上使用PEN啤酒瓶,保鮮效果與玻璃瓶相同,且耐沖擊、易回收。近年來我國也進行一定研究,如儀征化纖股份公司產品技術開發中心進行PEN的合成與工藝優化,桂林電科所也嘗試合成PEN。目前制約其發展的是原料合成技術不成熟,國內許多科研機構進行研究,但是沒有取得突破性進展,國內有企業計劃引進國外原料生產技術,進而合成PEN。 
盡管近年來國外對PEN合成技術進行了相當改進與完善,但是應用成本依然偏高,因此合金化成為擴大PEN應用范圍的有效途徑之一。一方面在PEN性能變化不大前提下,降低生產成本,另一方面在價格提高不多情況下,大幅度提高合金的阻隔性及其他性能。目前PEN合金化研究成為包裝業熱點話題,由于PET與PEN結構相似、來源豐富價格便宜、在包裝業中應用廣泛,因此研究最多的是PEN/PET合金。PEN/PET共混成型關鍵在于二者相容性,其衡量指標是酯交換率,因此選擇合理酯交換率是關鍵。PEN/PET合金可以在現有用于PET的拉伸吹塑機上稍作修改后生產容器;把PEN含量高共聚物與PET共聚形成多種嵌段共聚物,可以在傳統的拉伸、吹塑、注射設備上進行加工,從而使PEN在包裝領域中處于更有利的地位。目前利用PEN/PET共聚物和共混物可以制作耐熱瓶、高阻隔瓶、紫外線吸收瓶、熱成型容器等。 
◆腈基樹脂 
腈基樹脂是聚合物,是由大約70%丙烯腈和甲基丙烯酸甲酯或苯乙烯及沖擊改性單體丁二烯共聚而成,具有良好氣體阻隔性、耐化學藥品和保鮮性能,可以加工成吹塑容器和熱塑性塑料容器,用于調味品、加工肉類等包裝;非食品方面包括擠塑容器,用于包裝家用產品、汽車和工業產品等;注塑—吹塑容器,用于包裝修正液、指甲油、以及熱成型的包裝物等。目前國外腈基樹脂已經工業化應用,國內少數科研機構進行研究開發,但是尚未實現產業化。 
◆聚酰胺 
聚酰胺(PA)一直作為多層復合膜的重要阻隔材料而不斷發展。PA與聚烯烴復合,可以滿足許多食品需要阻隔氣體、香味、保持濕氣的要求。 
近年來國內外成功開發出PA6納米阻隔復合材料,在阻透性、拉伸方面有明顯提高,如國內岳陽石化研究院成功開發的納米PA6,與普通PA6相比,有更佳的阻氧性和耐熱性;中科院化學所與日本尤尼奇卡公司也進行納米PA6的研究;美國伊士曼公司和Nanolor公司共同開發的PA6/n-MMT復合物,不僅有較高氣體阻隔性能,而且與PET加工特性相符,相容性能好,也可以在PET加工機械上進行加工或者與PET進行共混合金化。 
MXD6是近年來新開發一種聚酰胺材料,是由間苯二甲胺和已二酸縮聚而成的半結晶性聚合物,氣體阻隔性和熱性能均明顯優于PA6,并具有較好透明性,氧氣滲透率比PA6小10倍。國外研究機構試驗表明用特殊聚酰胺MXD6做阻隔層,效果要好于EVOH。目前國外杜邦公司等數家企業生產MXD6,其與PET的共混料符合FDA有關接觸食品的要求,低溫阻隔性不如PVDC,當溫度升高后阻隔性優于PVDC,而且其氣味阻隔性和力學性能非常優異。 
目前MXD6主要用于高阻透性薄膜和高強度阻隔性結構材料,其最大特點是阻透性不隨濕度增加而降低,但是價格較貴,在部分領域使用受到限制。其主要原料間苯二甲胺國內上海石油化工研究院、浙江溫州清明化工廠等有生產,國內也有部分從事聚酰胺合成與改性研究機構對MXD6合成與應用進行研究。 
結論 
我國對塑料包裝材料尤其是高阻隔性能包裝材料的開發與生產尚處于起步階段,在上述典型的高阻隔材料中,國內僅能夠生產PVDC和聚酰胺,其他方面開發還處于空白狀態。一方面我國許多塑料包裝材料尤其食品、藥品要求高阻隔性材料無法滿足國際市場競爭;另一方面,國內對食品、藥品的高阻隔性包裝要求越來越高。我國目前高阻隔性包裝材料研究開發生產均不能適應國內市場快速增長的需求,大力發展高阻隔性包裝材料的社會效益和經濟效益都非常明顯。


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